RU2053751C1

RU2053751C1 - Rehabilitation device

Info

Publication number: RU2053751C1
Application number: RU93035879A
Authority: RU
Inventors: А.В. Шолохов; В.Н. Черкашенко
Original assignee: Акционерное общество "БИ"
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1996-02-10

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: rehabilitation device has base, patient's suspension, linkage and spring of n-folds (where n = 1,2,3...) connected to one another and to base by means of hinges with vertical axles. bracket and flexible member whose one end is connected with bracket, and the other end is connected with spring possessing preset elasticity coefficient. The other end of spring is attached to external fold. Flexible member runs through rest installed on external fold. Telescopic bar is connected with its one end by means of the first hinged joint to external fold, and with its other end to linkage by means of the second hinge joint and turning coupling. Axis of rotation of the second hinged joint is perpendicular to preset direction of suspension. Axis of rotation of turning couple coincides with the second hinged joint, in this case, bar is rigidly connected with bracket. EFFECT: higher efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, конкретно к средствам реабилитации пациентов с нарушением функций опорно-двигательного аппарата, лишенных нижних конечностей (одной или двух), и может быть использовано в медицинских учреждениях и в бытовых условиях для восстановления у больных способности самостоятельного передвижения. The invention relates to medical equipment, specifically to means for the rehabilitation of patients with impaired musculoskeletal system functions, deprived of lower limbs (one or two), and can be used in medical institutions and in domestic conditions to restore patients' ability to move independently.

Известно устанавливаемое на пол устройство, содержащее вертикальную опору, окруженную поручнем, и смонтированную на ней поворотную консоль с подъемным кронштейном, на котором шарнирно закреплена подвеска, поддерживающая пациента с регулируемым усилием при его тренировочном хождении по кругу (1). Указанное устройство, обеспечивающее тренировочную ходьбу пациента с регулируемым нагружением опорно-двигательного аппарата, относительно сложно, дорого и громоздко, т.к. устройство стационарно, то необходимы дополнительные средства транспортировки пациента на место тренировок и обратно. По указанным причинам использование подобных устройств в медицинских учреждениях единично, а в бытовых условиях практически исключено. It is known to install on the floor a device containing a vertical support surrounded by a handrail and mounted on it with a swivel console with a lifting arm, on which a suspension is pivotally mounted supporting the patient with adjustable force during his training walking in a circle (1). The specified device, providing training walking of the patient with adjustable loading of the musculoskeletal system, is relatively difficult, expensive and cumbersome, because If the device is stationary, then additional means of transporting the patient to the place of training and vice versa are necessary. For these reasons, the use of such devices in medical institutions is sporadic, and in everyday conditions it is practically excluded.

Известно устройство реабилитации, содержащее стационарно закрепленные на потолке направляющие и перемещаемую по ним на роликах каретку с подвешенной к ней подвеской пациента, выполненной в виде поворотной рамы, на которой смонтированы вертикальные поручни и барабан с намотанным на нем фалом (тягой). Свисающий конец фала связан карабином с ремнями корсета, закрепленного на туловище пациента, Каретка с рамой перемещается вдоль направляющих пациентом, который держится руками за поручни. Барабан снабжен пружиной, создавающей натяжение фала, и гидравлически инерционным тормозом, препятствующим сматыванию фала с барабана при резком рывке (2). Устройство имеет следующие недостатки:
не обеспечивается требуемое качество разгрузки, а именно разгрузка не постоянна по высоте зоны разгрузки: при перемещении пациента вверх рабочая пружина устройства отпускается и усилие разгрузки падает; при перемещении пациента вниз рабочая пружина взводится и усилие разгрузки возрастает;
не обеспечивается естественность движений пациента, т.к. при резких движениях, свойственным природным особенностям пациента, срабатывает тормоз, препятствующий естественной походке пациента;
нет возможности регулировки степени обезвешивания. Между тем, это одно из основных требований к устройству реабилитации, которое должно учитывать особенности пациента; его физическое состояние, индивидуальную скорость реабилитации;
в ряде случаев невозможно или нежелательно выполнение закрепленных на потолке направляющих, а именно: не соответствует установке направляющих форма и габариты помещения или самого потолка; недостаточная несущая способность потолочного перекрытия; крепление направляющих к потолку не рекомендуется из эстетических требований к интерьеру, где находится пациент.A rehabilitation device is known that contains guides stationary on the ceiling and a carriage moving along them on rollers with a patient suspension suspended in it, made in the form of a swing frame, on which are mounted vertical handrails and a drum with a halyard (traction) wound on it. The hanging end of the halyard is connected by a carabiner with corset straps fixed to the patient’s torso. The carriage with the frame moves along the guides by the patient, who holds the handrails with his hands. The drum is equipped with a spring, which creates the tension of the halyard, and a hydraulically inertial brake, which prevents the halyard from being pulled off the drum during a sharp jerk (2). The device has the following disadvantages:
the required quality of unloading is not ensured, namely, unloading is not constant over the height of the unloading zone: when the patient moves up, the working spring of the device is released and the unloading force drops; when the patient moves down, the working spring is cocked and the unloading force increases;
the naturalness of the patient’s movements is not ensured, as during sudden movements characteristic of the patient’s natural features, a brake is applied that prevents the patient’s natural gait;
there is no way to adjust the degree of weightlessness. Meanwhile, this is one of the main requirements for a rehabilitation device, which should take into account the characteristics of the patient; his physical condition, individual speed of rehabilitation;
in some cases, it is impossible or undesirable to carry out guides fixed to the ceiling, namely: the shape and dimensions of the room or the ceiling itself does not correspond to the installation of the guides; insufficient bearing capacity of the ceiling; fastening the rails to the ceiling is not recommended because of the aesthetic requirements for the interior where the patient is located.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого решения, является обеспечение заданной величины разгружающей силы во всем диапазоне высот разгрузки. При этом требуемый результат достижим за короткое время и без замены элементов устройства. При необходимости устройство может быть расположено на вертикальном основании, а также может быть выполнено в мобильном варианте, что позволит доставлять его непосредственно к пациенту. The technical result achieved by using the proposed solution is to provide a given value of the unloading force in the entire range of unloading heights. Moreover, the desired result is achievable in a short time and without replacing the elements of the device. If necessary, the device can be located on a vertical base, and can also be performed in a mobile version, which will allow delivering it directly to the patient.

Технический результат достигается тем, что в устройство реабилитации, содержащее основание, подвеску пациента, тягу и пружину, в отличие от прототипа, введено n створок (где n 11, 2, 3), соединенных между собой и с основанием посредством шарниров с вертикальными осями, а также кронштейн и гибкий элемент, один конец которого соединен с кронштейном, а другой с пружиной с заданным коэффициентом упругости, другой конец которой закреплен на внешней стороне, при этом гибкий элемент проходит через упор, также установленный на внешней створке, кроме того, введена телескопическая штанга с механизмом изменения ее длины, закрепленная одним концом посредством первого шарнирного узла на внешней створке, а другим концом посредством второго шарнирного узла и поворотной муфты соединенная с тягой, причем ось вращения второго шарнирного узла перпендикулярна заданному направлению обезвешивания, а ось вращения поворотной муфты совпадает с ним, при этом штанга жестко соединена с кронштейном. The technical result is achieved by the fact that in the rehabilitation device containing the base, patient suspension, traction and spring, in contrast to the prototype, n shutters (where n 11, 2, 3) are introduced, connected to each other and to the base by hinges with vertical axes, as well as a bracket and a flexible element, one end of which is connected to the bracket, and the other with a spring with a given coefficient of elasticity, the other end of which is fixed on the outside, while the flexible element passes through a stop also installed on the external leaf, except o, a telescopic rod with a mechanism for changing its length is introduced, fixed at one end by means of a first hinge assembly on an external leaf and the other end by means of a second hinge assembly and a rotary coupling connected to a thrust, the rotation axis of the second hinge assembly being perpendicular to a predetermined direction of weightlessness, and the rotation axis the rotary coupling coincides with it, while the rod is rigidly connected to the bracket.

Предлагаемое решение является новым, т.к. оно не выявлено среди решений, отвечающих современному уровню техники. The proposed solution is new because it is not identified among the solutions that meet the current level of technology.

Предлагаемое решение имеет изобретательский уровень, т.к. для специалиста не следует явным образом из существующего уровня техники. The proposed solution has an inventive step, because for a specialist does not follow explicitly from the current level of technology.

Изобретение позволяет создать заданную силу разгрузки, в том числе позволяет создать для пациента условия безразличного равновесия, т.к. предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает независимость силы растяжения тяги, (будучи равной, например, весу пациента) от угла поворота штанги при перемещении пациента. Предлагаемое конструктивное исполнение позволяет также выполнить устройство мобильным. The invention allows to create a given unloading force, including the ability to create indifferent equilibrium conditions for the patient, because the proposed set of essential features ensures the independence of the tensile strength of the traction (being equal, for example, to the weight of the patient) from the angle of rotation of the rod when moving the patient. The proposed design also allows you to make the device mobile.

На фиг.1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 фрагмент устройства; на фиг.3 расчетная схема к теоретическому обоснованию предлагаемого устройства; на фиг.4 графически изображен вывод формул оптимизации параметров предлагаемого устройства; на фиг.5 вид устройства в мобильном исполнении. Figure 1 presents a General view of the device; figure 2 fragment of the device; figure 3 design scheme for the theoretical justification of the proposed device; figure 4 graphically shows the output of formulas for optimizing the parameters of the proposed device; figure 5 is a view of the device in a mobile version.

Предлагаемое устройство реабилитации содержит створки 1 и 2 (в рассматриваемом варианте створка 2 внешняя), соединенные друг с другом шарнирами 3. При этом створка 1 соединена через шарниры 4 с основанием 5 (на фиг.1 основание неподвижно). Оси шарниров 3 и 4 вертикальны. Устройство реабилитации содержит также телескопическую штангу 6, снабженную механизмом 7 изменения ее длины и связанную посредством первого шарнирного узла 8 и поворотной муфты 9 с тягой 10, подвеску 11, связанную с тягой 10, кронштейн 12, установленный на внешней створке 2, второй шарнирный узел 13, посредством которого штанга 6 закреплена на внешней створке, упор 14, взаимодействующий с гибким элементом 15, соединенным в свою очередь с пружиной 16. The proposed rehabilitation device comprises sashes 1 and 2 (in the present embodiment, the sash 2 is external) connected to each other by hinges 3. In this case, the sash 1 is connected through hinges 4 to the base 5 (in Fig. 1, the base is stationary). The axis of the hinges 3 and 4 are vertical. The rehabilitation device also contains a telescopic rod 6, equipped with a mechanism 7 for changing its length and connected through the first hinge assembly 8 and the rotary clutch 9 with the rod 10, the suspension 11, connected with the rod 10, the bracket 12 mounted on the outer leaf 2, the second hinge node 13 by means of which the rod 6 is fixed on the external leaf, an emphasis 14 interacting with a flexible element 15, which in turn is connected to the spring 16.

Пусть при движении пациента в направлении ОХ (фиг.1) подвеска 11 переместилась вниз. При этом тяга 10 через муфту 9 и первый шарнирный узел 8 поворачивает штангу 6 против часовой стрелки вокруг оси второго шарнирного узла 13. Причем гибкий элемент 15, проходя через упор 14, растягивает пружину 16, а в самом элементе 15 возрастает сила натяжения. При этом момент этой силы относительно оси шарнирного узла 13 равен моменту разгружающей силы (силы, растягивающей тягу 10) относительно той же оси шарнирного узла 13. В результате сила растяжения тяги 10 не зависит от угла поворота штанги 6 и, будучи равной, например, весу пациента, создает для него условия безразличного равновесия. Let while the patient is moving in the direction of OX (figure 1), the suspension 11 has moved down. In this case, the rod 10 through the clutch 9 and the first hinge assembly 8 rotates the rod 6 counterclockwise around the axis of the second hinge assembly 13. Moreover, the flexible element 15, passing through the stop 14, stretches the spring 16, and the tension force increases in the element 15 itself. Moreover, the moment of this force relative to the axis of the hinge assembly 13 is equal to the moment of unloading force (the force stretching the rod 10) relative to the same axis of the hinge assembly 13. As a result, the tensile force of the rod 10 does not depend on the angle of rotation of the rod 6 and, being equal, for example, to the weight the patient, creates conditions for him to indifferent balance.

При перемещении подвески 11 вверх (в направлении +ОХ) имеет место обратная картина. When moving the suspension 11 upward (in the direction + OX), the opposite picture takes place.

Вращение створки 1 (вокруг оси шарниров 4), а также перемещение и вращение створки 2 (вокруг оси шарниров 3) предотвращают боковой уход шарнира 8 при вертикальных перемещениях пациента. Одновременно система вращающихся створок 1, 2 сообщает устройству две степени свободы в горизонтальной плоскости (плоскости VOZ, фиг.1). Наличие поворотной муфты 9 позволяет пациенту совершать вращательные движения вокруг вертикальной оси (оси ОХ, фиг. 1). The rotation of the sash 1 (around the axis of the hinges 4), as well as the movement and rotation of the sash 2 (around the axis of the hinges 3) prevent lateral departure of the hinge 8 during vertical movements of the patient. At the same time, the system of rotating shutters 1, 2 tells the device two degrees of freedom in the horizontal plane (VOZ plane, Fig. 1). The presence of a rotary coupling 9 allows the patient to perform rotational movements around a vertical axis (axis OX, Fig. 1).

Наличие механизма 7 изменения длины штанги позволяет за счет изменения плеча ВЕ (фиг.3) менять в заданных пределах величину разгружающей силы без замены элементов устройства. The presence of a mechanism 7 for changing the length of the rod allows, due to a change in the arm of the BE (Fig. 3), to change within a given range the amount of unloading force without replacing the elements of the device.

Дадим теоретическое обоcнование устройства. We give a theoretical justification for the device.

Пусть в положении, представленном на фиг.3, пружина 16 напряжена силой F. Момент М cилы F относительно точки В равен
М F· h, (1) где h BD плечо силы F относительно оси шарнира 13.Let in the position shown in figure 3, the spring 16 is tensioned by force F. The moment M of force F relative to point B is
M F · h, (1) where h BD is the shoulder of the force F relative to the axis of the hinge 13.

Найдем для равенства (1) зависимости F F(α), h h ( α), где α угол, характеризующий положение кронштейна 12. For equality (1), we find the dependences F F (α), h h (α), where α is the angle characterizing the position of the bracket 12.

Условием натяжения гибкого элемента 15 во всем рабочем диапазона угла α, 0< α≅π является АВ ВС. Обозначим АС 1. Тогда из Δ СВD
h h(α) l•sin

(2)
Пусть при α α' и при отсутствии в гибком элементе 15 слабины F 0. Тогда при α < α'
F k•(AC-AC′)= 2•l•k

cos

. (3)
Здесь k коэффициент упругости пружины 16.The condition for the tension of the flexible element 15 in the entire working range of the angle α, 0 <α≅π is AB BC. Denote AC 1. Then from Δ CBD
hh (α) l • sin

(2)
Suppose that for α α 'and in the absence of slack F 0 in the flexible element 15, then for α <α'
F k • (AC-AC ′) = 2 • l • k

cos

. (3)
Here k is the coefficient of elasticity of the spring 16.

Подставив (2), (3) в (1), получим
M M(α) 2l²•k•sin

cos

. (4) Представим
α α(t)

Δα(t), (5) где

const исходное значение положения кронштейна 12;
Δα (t) изменение во времени угла α около значения α при работе устройства.Substituting (2), (3) into (1), we obtain
MM (α) 2l ² • k • sin

cos

. (4) Imagine
α α (t)

Δα (t), (5) where

const initial value of the position of the bracket 12;
Δα (t) the change in time of the angle α near the value of α when the device is running.

Пусть при исходном значении α=

прямая ВЕ (фиг.3) горизонтальна. В силу чего момент М_G разгружающей силы G относительно оси шарнира 13, точка В, при работе устройства будет меняться по закону:
M_G G ·L·cosΔα, (6) где L длина штанги 6.Let at the initial value α =

line BE (Fig.3) is horizontal. Therefore, the moment M _{G of the} unloading force G relative to the axis of the hinge 13, point B, during operation of the device will change according to the law:
M _G G · L · cosΔα, (6) where L is the rod length 6.

Подберем параметры устройства таким образом, чтобы функция М(Δα) была адекватной М_G(Δα)
1. Потребуем, чтобы

= 0 (7)
Продифференцировав (4) по α и приравняв (согласно (7) результат нулю, получим уравнение:
cos

cos

• cos

0 (8)
2. Потребуем, чтобы
M

M

(9) В соответствии с (5), (4), (6) получим
G•α= 2•l²•k• sin

cos

. (10)
3. Наконец, потребуем, чтобы
ΔM

ΔM

, (11) где

M

, (12)
ΔM

ΔM

M

(13)

текущее значение угла Δα одинаковое для
В соответствии с (5), (4), (6), после подстановок и преобразований, уравнение (11) примет вид:

cos Δα′. (14)
При

=

, α′= π уравнение (14) становится справедливыми при любых значениях

. Одновременно указанные значения

и α' удовлетворяют уравнению (8). Таким образом, с учетом равенства (10), кривые М (α), М_G(α) оказываются "наложенными" друг на друга (фиг.4) во всем рабочем диапазоне угла α М(α) М_G(α). Это обстоятельство приводит к тому, что сила G растяжения тяги 10 не зависит от угла поворота штанги 6 и, будучи равной, например, весу пациента, создает для него условия безразличного равновесия.We select the device parameters so that the function M (Δα) is adequate to M _G (Δα)
1. We require that

= 0 (7)
Differentiating (4) with respect to α and equating (according to (7) the result to zero, we obtain the equation:
cos

cos

• cos

0 (8)
2. We require that
M

M

(9) In accordance with (5), (4), (6) we obtain
G • α = 2 • l ² • k • sin

cos

. (ten)
3. Finally, we require that
ΔM

ΔM

, (11) where

M

, (12)
ΔM

ΔM

M

(thirteen)

the current angle Δα is the same for
In accordance with (5), (4), (6), after substitutions and transformations, equation (11) takes the form:

cos Δα ′. (14)
At

=

, α ′ = π, equation (14) becomes valid for any values

. Indicated values at the same time

and α 'satisfy equation (8). Thus, taking into account equality (10), the curves M (α), M _G (α) are "superimposed" on each other (Fig. 4) in the entire working range of the angle α M (α) M _G (α). This circumstance leads to the fact that the tensile force G of the thrust 10 does not depend on the angle of rotation of the rod 6 and, being equal, for example, to the weight of the patient, creates conditions for him to be in equilibrium.

При известных

и α' формула (10) связывает между собой основные параметры:
G•L= 2•l²•k• sin

cos

. (15)
Откуда при принятых, например, из конструктивных соображений параметрах L и l, а также при заданной величине G, получаем расчетную формулу для коэффициента упругости рабочей пружины 16 предлагаемого устройства реабилитации:
k

(16)
Рассмотрим пример расчета параметров предлагаемого устройства.When known

and α 'formula (10) relates the main parameters:
G • L = 2 • l ² • k • sin

cos

. (fifteen)
Where, for parameters L and l adopted, for example, for structural reasons, as well as for a given value of G, we get the calculation formula for the coefficient of elasticity of the working spring 16 of the proposed rehabilitation device:
k

(16)
Consider an example of calculating the parameters of the proposed device.

Пусть с использованием устройства реабилитации требуется разгрузить пациента на 2/3 его веса, равного G 75 кг. При этом L 1 м, l 0,1 м. Suppose that using a rehabilitation device, it is required to unload the patient by 2/3 of his weight, equal to G 75 kg. In this case, L 1 m, l 0.1 m.

Имеем: требуемая сила разгрузки
a

• G_o=

• 75 50 кг. (17)
Требуемая величина коэффициента упругости рабочей пружины равна
k

• 10^-2 50 кг/см (18) Сила F_o предварительного растяжения пружины (при α

) равна
F_o= k•l•

50•10

707 кг (19)
Изложенное позволяет утверждать следующее:
В отличие от прототипа предлагаемое решение обеспечивает неизменную заданную величину разгружающей силы (в том числе равную весу пациента) во всем диапазоне высот разгрузки.We have: the required unloading force
a

• G _o =

• 75 to 50 kg. (17)
The required value of the coefficient of elasticity of the working spring is
k

• 10 ^-2 50 kg / cm (18) Strength F _o pre-stretching the spring (at α

) is equal
F _o = k • l •

50 • 10

707 kg (19)
The foregoing allows us to state the following:
Unlike the prototype, the proposed solution provides an unchanged predetermined amount of unloading force (including equal to the weight of the patient) in the entire range of unloading heights.

Устройство позволяет в короткое время (в том числе и в процессе работы) изменять требуемую величину разгружающей силы без замены элементов устройства. The device allows in a short time (including during operation) to change the required value of the unloading force without replacing the elements of the device.

Устройство может быть расположено на вертикальном основании без связи с потолочным перекрытием, что существенно расширяет возможности его применения в части класса зданий и помещений, где устройство может располагаться. The device can be located on a vertical base without communication with the ceiling, which significantly expands the possibilities of its use in the class of buildings and premises where the device can be located.

При необходимости устройство может быть изготовлено в мобильном варианте (размещено на тележке, см.фиг.5) и таким образом может быть доставлено непосредственно к пациенту. If necessary, the device can be manufactured in a mobile version (placed on a trolley, see figure 5) and thus can be delivered directly to the patient.

В домашних условиях устройство может использоваться как транспортировочное средство, позволяющее больному перемещаться по помещению привычным для него способом. At home, the device can be used as a means of transportation, allowing the patient to move around the room in the usual way for him.

Предлагаемое решение просто в изготовлении и эксплуатации. The proposed solution is easy to manufacture and operate.

Конструкция предлагаемого устройства не накладывает ограничений на величину веса пациента. The design of the proposed device does not impose restrictions on the weight of the patient.

Устройство постоянно готово к эксплуатации и не требует для обслуживания высококвалифицированного персонала. The device is constantly ready for operation and does not require highly qualified personnel to service.

Claims

REHABILITATION DEVICE containing a base, patient suspension, traction and spring, characterized in that n shutters (where n = 1,2,3, ...) are inserted into it, connected to each other and to the base by hinges with vertical axes, and also a bracket, and a flexible element, one end of which is connected to the bracket, and the other with a spring with a given coefficient of elasticity, the other end of which is fixed to the external leaf, while the flexible element passes through a stop also installed on the external leaf, in addition, telescopic rod with me by the mechanism of changing its length, fixed at one end by means of a first hinge assembly on an external leaf, and by the other end by means of a second hinge assembly and a rotary coupling connected to a thrust, the rotation axis of the second hinge assembly perpendicular to a predetermined direction of weightlessness, and the rotation axis of the rotary coupling coincides with it while the rod is rigidly connected to the bracket.